Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Электрические и электронные аппараты - файл введние.doc


Загрузка...
Лекции - Электрические и электронные аппараты
скачать (6353.6 kb.)

Доступные файлы (19):

Автоматические воздушные выключатели.doc1636kb.06.12.2005 09:55скачать
введние.doc81kb.17.08.2006 15:53скачать
Выключатели переменного тока высокого напряжения.doc1822kb.21.11.2007 16:24скачать
гашение дуги.doc160kb.30.11.2005 10:32скачать
дуга.doc452kb.30.11.2005 10:32скачать
Измерительные преобразователи (датчики).doc1058kb.30.11.2007 11:15скачать
Контактные явления.doc584kb.23.02.2009 18:53скачать
Логические элементы.doc2326kb.31.03.2006 12:53скачать
Магнитные бесконтактные элементы.doc1467kb.23.12.2005 12:01скачать
Магнитные пускатели.doc172kb.31.10.2007 17:31скачать
Предохранители и автоматические выключатели.doc2007kb.07.11.2007 14:36скачать
тепловые процессы.doc339kb.30.11.2005 10:32скачать
эа непосредственного воздействия.doc544kb.31.10.2007 17:24скачать
эду в эа.doc315kb.30.11.2005 10:32скачать
Электромагнитные контакторы.doc476kb.31.10.2007 17:21скачать
Электромагнитные муфты.doc475kb.09.12.2005 13:44скачать
Электромагнитные реле.doc413kb.31.10.2007 18:36скачать
Электромагнитные явления.doc906kb.30.11.2005 10:33скачать
Электромагниты.doc297kb.23.11.2005 15:04скачать

введние.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...




Введение

Виды и основные функции электрических аппаратов
Электрических аппарат   это электрическое устройство управления потоками энергии и информации, режимами работы, контроля и защиты технических систем и их компонентов.

Они осуществляют:

  включение и отключение электрических цепей объектов, принимающих участие в получение, преобразовании, передачи, распределении электрической энергии;

  контроль и измерение параметров указанных объектов;

  защиту их от несанкционированных режимов работы;

  управление технологическими процессами;

  регулирование (поддержание на неизменном уровне или изменение по определенному закону) параметров, отмеченных выше объектов;

  преобразование неэлектрических величин в электрические;

  создание магнитного поля с определенным параметром и направлением в заданном объеме.

Независимо от назначения, области применения принципа действия конструктивного исполнения все электрические аппараты разделяются на 2 большие группы:

  1. Электромеханические (контактные).

  2. Статические (бесконтактные, силовые электронные).

^ Основным признаком электромеханических аппаратов является контактная система с различными типами приводов   ручным, механическим, электромагнитным, осуществляющая коммутацию электрической цепи.

Процессы, протекающие в электромеханических ЭА определяются различными многообразными физическими явлениями, которые изучаются в электродинамике, механике, термодинамике и других фундаментальных науках.

Характерные преимущества электромеханических аппаратов:

  более низкое значение сопротивления включенных электрических контактов по сравнению с сопротивлением большинства проводящих полупроводниковых ключей;

  практически идеальная гальваническая развязка между цепями управления и силовой частью, а также между разомкнутыми силовыми цепями;

  работоспособность при более высоких значениях температуры и радиации окружающей среды.

Благодаря этим преимуществам во многих областях техники предпочтительно использовать электромеханические ЭА коммутации по сравнению со статическими.

Наличие подвижных механических частей, явление искро- и дугообразования при коммутации, ограниченное быстродействие и другие негативные факторы, присущие этой группе ЭА, инициировали работы по созданию статических ЭА. Первыми были дроссели насыщения, магнитные усилители, регуляторы, статические реле.

Освоение промышленностью мощных биполярных, а затем полевых транзисторов и тиристоров обусловили, начиная с 60 годов 20 века, привело к созданию различных типов быстродействующих статических ЭА.

Статические ЭА выполняются на основании полупроводниковых приборов или в сочетании последних с управляемыми магнитными усилителями или магнитным ключом.

^ Принцип действия большинства статических ЭА основан на изменении проводимости входящих в них управляемых нелинейных элементов. При этом диапазон изменения проводимости может быть очень широким Широкий диапазон изменения магнитной проводимости имеют также и магнитные ключи.

Изменение проводимости статической ЭА, в свою очередь, дает возможность управлять потоками электрической энергии. Проводимость может изменятся непрерывно или дискретно. Дискретное или импульсивное управление является более предпочтительным так как позволяет реализовывать более высокие технико-экономические характеристики ЭА, в частности, получить существенно лучшее значение КПД. Поэтому в современных статических ЭА исполнительные органы работают в ключевом режиме.

Их преимущества:

  высокое быстродействие;

  практически неограниченное число коммутаций силовых ключей;

  существенно большой ресурс работы;

  более широкие возможности по управлению выходным параметрам;

  широкие функциональные возможности;

  низкое значение мощности, затрачиваемое на управление.

В 80-годах ХХ века начался новый этап в развитии силовой электроники, который был обусловлен освоением мощных быстродействующих, полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов:

  мощных полевых транзисторов;

  транзисторов с изолированным затвором;

  запираемых тиристоров.

Одновременно начался выпуск силовых интегральных модулей – компактных конструкций, в которых размещены силовые электронные ключи и элементы микроэлектроники с различной степенью интеграции. Такие модули позволяют реализовывать различные законы регулирования, включая формирование сигналов защиты, диагностики и др. При необходимости такие модули могут также включать в себя микропроцессоры или соответствующий интерфейс для сопряжения с устройствами управления более высоких уровней.

Элементная база современной силовой электроники не только существенно расширила диапазон коммутируемых мощностей до единиц мегаватт, позволила поднять верхний уровень частоты коммутации электронных ключей, что сделало возможным создавать аппараты управления, регулирования и защиты постоянного и переменного тока с высокими технико-экономическими показателями.

Однако, силовые электронные ЭА не могут заменить большинства видов электромеханических ЭА, поскольку уступают последним в качестве коммутационных ключей. Силовые электронные ключи по принципу действия не обеспечивают такого низкого уровня потерь мощности во включенном состоянии как металлические контакты и, с другой стороны, не способны создать уровень изоляции соответствующий разомкнутым контактам ЭА.

Здесь наиболее эффективными оказываются гибридные ЭА, представляющие собой сочетание электромеханических и статических ЭА.

Это компромиссное техническое решение, позволяет соединить положительные качества электромеханических и силовых электронных аппаратов в одном комбинированном устройстве. Существенные преимущества гибридных ЭА коммутации является практическое исключение дуговых явлений при включении и выключении электрических контактов. Это позволяет продлить срок их службы и в ряде случаев улучшить массогабаритные показатели ЭА в целом. Другим существенным достоинством гибридных ЭА является возможность сочетания в одном аппарате функций регулятора на интервалах включения и выключения с высокими характеристиками коммуникационного аппарата.

Следует отметить, что достижения в микропроцессорной техники в настоящее время также используется практически в ЭА всех видов как электромеханических, так и силовых электронных. Это позволяет существенно расширить их функциональные возможности, обеспечить эффективный контроль и диагностику, а также возможность управления с различных иерархических уровней системы, в которой используется ЭА.

Области применения и использования ЭА очень разнообразны, причем для каждой из них диапазон используемой номенклатуры ЭА очень широкий. Другими словами, не существует ни одной области, связанной с использованием электрической энергии, где бы не применялись электрические аппараты различного типа, это:

  электроэнергетика;

  транспорт;

  различные области промышленности;

  аэрокосмические системы;

  центры обработки информации и телекоммуникации;

  коммунальное хозяйство;

  бытовая техника.

^ Классификация электрических аппаратов
Многообразие видов классификации ЭА определяется областями их применения: в схемах автоматического управления различного электротехнического оборудования; в устройствах автоматического регулирования, стабилизации, контроля и измерения систем распределения электрической энергии и электроснабжения предприятий электрической энергией.

Классификация электрических аппаратов.

Электрические аппараты классифицируют по различным признакам;

  по величине рабочего напряжения   низковольтные (до 1000 В) и высоковольтные (более 1000 В);

  по роду тока   постоянного и переменного;

  по частоте источника питания   с номинальной (до 50Гц) и повышенной (от 400 Гц до 10 кГц) частотой;

  по величине рабочего или коммутируемого тока – слаботочные (аппараты управления автоматики, защиты, сигнализации), и сильноточные коммутационные, используемые в силовых цепях;

  по роду выполняемых функций:

  1. коммутирующие (выключатели, разъединители, контакторы, магнитные пускатели);

  2. управления, защиты, сигнализаций (реле различного типа, контактные и бесконтактные путевые и конечные выключатели);

  3. командные (кнопки управления, ключи, командоконтроллеры и командоаппараты);

  4. аппараты защиты (разрядники, автоматические выключатели, плавкие предохранители).

По исполнению коммутирующего органа   контактные и бесконтактные (статические), гибридные, бездуговые.

К электрическим аппаратам относятся также пускорегулировочные сопротивления.

В основе функционирования большинства видов ЭА лежат процессы коммутации (включения и отключения) электрических цепей. К таким ЭА относятся: автоматические выключатели, контакторы, реле, кнопки управления, тумблеры, переключатели, предохранителя и др.

Другую многочисленную группу ЭА, предназначенных для управления режимами работы и защиты электротехнических систем и компонентов, составляют регуляторы и стабилизаторы параметров электрической энергии (тока напряжения, мощности, частоты и др.), а также ограничители перенапряжений и сверхтоков. ЭА этой группы функционируют на основе непрерывного или импульсного изменения проводимости электрических цепей. Обычно они выполняются на базе силовых полупроводниковых, электромагнитных и других видов нелинейных элементов.

К ЭА управления режимами работы неэлектрических систем относятся устройства, функционирующие, как правило, на основе электромагнитного, электродинамического и других видов привода, связанного с механическим исполнительным органом. Примером этой группы ЭА является электромагнитные клапаны и заслонки трубопроводов и др. Для ЭА этой группы характерно управление потоками механической, гидравлической, тепловой и других видов энергии.

Традиционно к ЭА также относятся различные виды датчиков, имеющих законченное конструктивное исполнение. Назначением большинства датчиков относящихся к ЭА, является преобразование параметров различных по природе физических величин в электрические сигналы информационного характера.

По назначению:

  1. Коммутационные аппараты для замыкания и размыкания электрических цепей:

  рубильники;

  пакетные выключатели;

  выключатели нагрузки;

  разъединители;

  отделители;

  короткозамыкатели;

  автоматические выключатели;

  выключатели высокого напряжения;

  предохранители.

Для них характерно относительно редкое включение и отключение и наличие дугочистительных устройств. Включаются в силовую схему.

  1. Пускорегулирующие аппараты   обеспечивают плавное или ступенчатое регулирование скорости электрических двигателей, напряжения, тока, пуска, торможения.

Для них характерны частные включения и выключения, число которых достигает 3600 в час и более. Это:

  контроллеры;

  командоконтроллеры;

  контакторы;

  магнитные пускатели;

  реостаты;

  дроссели насыщения.

3. Ограничивающие аппараты, предназначены для ограничения токов к.з. (реакторы) и перенапряжений (разрядники, ограничители напряжения). Режимы к.з. и перенапряжений являются аварийными. Эти аппараты редко подвергаются наибольшим нагрузкам.

4. Аппаратура управления и защиты. Применяются в целях управления, слаботочных цепях. Это:

  реле тока, напряжение, мощности;

  реле времени;

  промежуточное реле;

  поляризованные реле;

  герконовые реле;

  оптронные реле;

  полупроводниковые реле;

  реле максимального тока;

  реле нулевого тока;

  температурные реле;

  предохранители;

  логические элементы.

5. Аппаратура для контроля и измерения электрических и неэлектрических величин. Это реле и датчики, трансформаторы тока и напряжения, емкостные делители напряжения.

Для реле характерно плавное изменение входной (контролируемой) величины, вызывающие скачкообразное изменение выходного сигнала.

В датчиках непрерывное изменение входной величины преобразуется в изменение какой-либо электрической величины, являющейся выходной. Это изменение может быть плавным (измерительные датчики) и скачкообразным (реле   датчик).

С помощью измерительных трансформаторов тока и напряжения цепи первичной коммутации (главные цепи) изолируются от цепей измерительных и защитных приборов, а измеряемая величина приобретает стандартное значение, удобное для измерения.

6. Электрические регуляторы, предназначенные для непрерывного и прерывистого автоматического регулирования заданного параметра по определенному закону. Они служат для поддержания на заданном уровне напряжения, тока, частоты вращения электрического двигателя, температуры, давления и др.

^ По исполнению:

  открытие  защита от прикосновения с токоведущими и подвижными частями отсутствует;

  защищенная;

  пылеводозащищенные;

  пылеводонепроницаемые;

  герметического исполнения;

^ По принципу действия:

  электромеханические;   индукционные;

  магнитоэлектрические;   тепловые;

  полупроводниковые;   герконовые.

^ По способу переключения: контактные, бесконтактные, гибридные.

По способу включения: первичные, вторичные.

По способу управления:

  аппаратура непосредственного управления;

  дистанционного управления;

  автоматического управления.

^ По быстродействию:

  нормальные;

  реле времени;

  быстродействующие;

  сверхбыстродействующие.

По характеру работы электрических аппаратов:

  аппараты работающие длительно;

  аппараты предназначенные для работы в кратковременном режиме;

  аппараты работающие в условиях повторно кратковременной нагрузки.

^ По способу гашение электрической дуги:

  контактные;

  гибридные;

  бесконтактные;

 бездуговые;

 без дугогашения

-с дугогашением с помощью магнитного дутья, с помощью повышения давления в замкнутом объеме, с помощью дугогасительных решеток.

Требования, предъявленные к электрическим аппаратам.

Многообразие конструктивных разновидностей современных электрических аппаратов формирует различные требования, предъявляемые к ним. Однако существуют и некоторые общие требования вне зависимости от назначения, применения или конструкции аппаратов.

1. Нагревание всех без исключения аппаратов должны иметь место в пределах норм, установленных ГОСТ. При этом, так как предел нагревания прежде всего определяется электрической изоляцией токоведущих частей аппаратов, изолирующих материалы должны быть выбраны с надлежащим уровнем теплостойкости. Кроме того нагревания аппарата ограничивает также контактная часть. Контакты аппарата должны надежно работать при всех заданных режимах работы аппарата, при допустимом числе включений в час не оплавлялись, не окислялись и не подвергались действию коррозии.

2. При номинальном режиме работы температуры токоведущих элементов аппарата не должна превосходить паспортных значений.

3. При к.з. токоведущие элементы подвергаются значительным термическим и динамическим нагрузкам, вызываемым большим током. Эти нагрузки не должны вызывать остаточных явлений, нарушающих работоспособность аппарата при устранении к.з.

4. Контакты аппаратов, предназначенных для отключения токов к.з. должна быть рассчитана на этот режим к.з.

5. Аппараты, предназначенные для частных включений и выключений должны иметь высокую износостойкость и быстродействие.

6. Изоляция электрических аппаратов должна выдерживать возможные перенапряжения.

7. Высокая надежность аппаратов безотказность в работе.

8. Высокая чувствительность.

9. Экономичность (малогабаритность, наименьший вес аппарата, минимальное количество дорогостоящих материалов для изготовления отдельных частей).

10. Малое собственное потребление энергии.

11. Простота устройства и обслуживания аппаратов.

12. Удобство монтажа и эксплуатации, минимальная потребность в уходе.

Подход к выбору электрических аппаратов.

При выборе в каталоге соответствующего аппарата необходимо знать:

  величину номинального предела напряжения сети, а также его снижение или превышения в процентах (пределы колебания);

  временные характеристики;

  коэффициент возврата для контакторов;

  мощность электромагнитных катушек и величину тока при замыкание и размыкании электрических контактов;

  количество включений в час;

  температура и относительную влажность окружающего воздуха;

  высоту работающего объекта над уровнем моря;

  нормальные или тропические условия работы;

  наличие солнечной радиации;

  возможные удары и вибрации;

  расположение аппарата в пространстве.

Аппаратура управления выпускается на различные напряжения вплоть до 380 В 50 Гц и 220 В напряжения переменного и постоянного тока. Отдельные аппараты выпускаются на 500 В переменного и 440 В постоянного тока.
^ Условия работы современной аппаратуры.
  высота над уровнем моря не более 2000 м;

  температура окружающей среды от  40 до +40 C;

  относительная влажность воздуха не более 90 % при 200 C;

  отсутствие непосредственного воздействия солнечной радиации;

  окружающая среда невзрывоопасна, не содержит агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию;

  при ударных нагрузках с ускорением до 5g общепромышленное исполнение и для экспорта странах с умеренным тропическим климатом.

Все эти данные приводятся в каталогах и справочниках.

Под климатическим фактором внешней среды понимается температура и влажность окружающего воздуха, давление воздуха (высота над уровнем моря), солнечное излучение, дождь, ветер, пыль, солевой туман, гидростатическое давление воды.
^ Номинальные параметры электрических аппаратов
U 36; 127; 220; 380; 660 В.

U= 24; 48; 110; 220; 440; 750 В.

Iн = 1; 3; 6; 10; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500; 4000; 6300А.

^ ПКР-ПВ% = 15; 25; 40; 60%.

КР   стандартные значения продолжительности перехода нагрузки в кратковременном режиме: 10; 30;60; 90мин.

Максимально допустимые частоты включения в час: 6; 30; 150; 600; 1200; 2400; 3600.
Основные материалы, применяемые в аппаратостроении


  1. Проводниковые – медь; сталь; алюминий; латунь.

  2. Магнитные   различного рода стали и сплавов для магнитопроводов (магнитотвердые, магнитомягкие)

  3. Изоляционные материалы.

  4. Сплавы высокого сопротивления – для изготовления различных сопротивлений (вольфрам, фехраль, мангенин).

  5. Дугостойкие изоляционные материалы – асбест, керамика, пластмасса для дугогасительных камер.

  6. Контактные материалы   золото, серебро, платина, медь, металлокерамика для обеспечения высокой электрической износоустойчивости контактов.

  7. Биметаллы   применяются в ЭА, использующих линейные удлинения тел нагреваемым током.

  8. Конструкционные материалы   металлы, пластмасса, изоляционные материалы для придания аппаратом и его деталям тех или иных форм и для изготовления деталей, преимущественным назначением которых является передача и восприятие механических усилий.


^ Принципы построения и чтения релейно-контакторных электрических схем
В зависимости от основного назначения электрической схемы делятся на:

  структурные – определяют основные функциональные части электрической цепи, их назначения и взаимосвязи, применяется на стадии проектирования;

  функциональные – разъясняют процессы, протекающие в отдельных частях схемы или в целом;

  принципиальные - определяют наличие состава элементов функциональной схемы и их связи;

  монтажные (схемы соединений) показывают электрические соединения составных частей устройства;

  схемы подключений – показывают внешние подключения составных частей устройства;

  схемы расположения – определяют относительные расположения электрических составных частей устройств.

Принципиальные (полные) схемы определяют полный состав элементов и связей между ними, дают детальное представление и принципы работы электроустановки.

Аппараты, приборы и другие элементы представлены в схеме условными обозначениями (графические и буквенные) в соответствии с ГОСТ. Он устанавливает графические и буквенные обозначения и изображения всех элементов принципиальной электрической схемы в отключенном состоянии. Каждому элементу присваивается буквенно-цифровое обозначение.
^ Основные правила выполнения схем


  1. Схемы выполняются без соблюдения масштаба, действительное пространственное расположение составных частей установки в основном не учитывается; расположение графических элементов схемы определяется лишь удобством чтения схемы.

  2. На принципиальной схеме изображают все электрические элементы и все электрические связи между ними. Всем элементам одного и того же аппарата присваивают общую только им присущую, буквенно-цифровую маркировку. В некоторых случаях после обозначения элемента проставляется его номер.

  3. Схему изображают в отключенном состоянии, когда катушки не обтекаются током, а кнопки, пружины и т.п. опущены. В соответствии с этим все имеющиеся в схеме контакты делят на:

  замыкающие (при обесточенной катушки контакты разомкнуты);

  размыкающие (при обесточенной катушки контакты замкнуты).

Силовые цепи на схеме вычерчивают жирными линиями, а цепи управления более тонкими.

4. Элементы и устройства изображают на схемах совмещенным или разнесенным способом; в первом случае в непосредственной близости друг к другу; во втором   в разных местах схемы.

5. Схемы выполняют в многолинейном или однолинейном изображении.

6. Каждый элемент, изображенный на схеме, должен иметь порядковый номер в пределах группы элементов, которых на схеме присвоены одинаковое буквенное обозначение, позиционные обозначения проставляют на схеме рядом с условным графическим обозначением с правой стороны или над ним.


Скачать файл (6353.6 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации